JP7479196B2 - 探触子及びそれを用いる超音波診断装置 - Google Patents
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Description
特許文献1記載の超音波診断装置は、送信信号が超音波プローブを介して被検体に超音波信号を送信する送信部と、被検体内で反射されて得られた受信信号を処理する受信部を備え、受信部は、送信信号の受信部への回り込みを防止する送受分離のための送受切換えスイッチ部と、受信信号を増幅する増幅部と、送受切換えスイッチ部と増幅部の間に配置され、受信信号を減衰させる減衰部とを備える。減衰部は、送信終了直後から大振幅の信号を受信する近距離からの反射信号を減衰させ、信号振幅の小さい遠距離から信号を減衰させないように、受信時間の経過と共に減衰量を大から小へ変化させる。(要約参照)
特許文献2には、超音波画像の受信回路において、トランスデューサ素子12に接続したプリアンプ14のバイアス電流を変化させることにより、或いは、プリアンプ12の後段に設けた差動出力アンプ22の帰還量を調節することにより、アンプのゲインを可変にすることが、開示されている。(図3,4)
診断部位に超音波を送信し反射波である受信信号を受信する探触子であって、前記探触子は、複数の振動子と、前記複数の振動子のそれぞれに対応し、制御端子に入力される電気信号により抵抗値を可変可能な可変抵抗帰還部を有する複数の低雑音増幅回路と、制御回路とを備え、前記制御回路は、前記低雑音増幅回路の帰還部のバイアス電圧を生成するダミー回路と、前記ダミー回路によるバイアス電圧と、時間の経過と共に上昇または下降する制御信号との加算信号を出力する加算回路と、を有し、前記複数の低雑音増幅回路は、前記可変抵抗帰還部の制御端子に前記加算回路の出力を入力することを特徴とするものである。
RVR∝1/(VRC-VRB)
となる。VRBはLNAを製造した半導体のプロセスばらつきや電源電圧、環境温度などの条件で変動するため、RVRもそれに従って変動することになる。そのため、LNAのダミー回路から可変抵抗VRのバイアス電圧のレプリカ信号132を生成し、これに信号傾き反転回路121の出力を加算した可変抵抗制御信号200を可変抵抗VRの矢印端子に供給する。これにより、前記理由からVRBが変動しても、レプリカ信号132もそれに伴って変動するため、RVRは固定値となる。これにより、TGCで必要となる時間の経過と共に上昇するばらつきの少ない利得特性を持つ動作をLNAに行わせることが可能となる。また、可変抵抗VRの矢印端子へは電流の流入や流出はないため、1本の可変抵抗制御信号200をM×N個のLNA(L11~LMN)の可変抵抗VRの矢印端子に電力を消費せずに供給できるため、すべてのLNAに同じ動作をさせることができる。
RVR∝1/(VRC-VRB-VRP)
と表現できる。このような可変抵抗VRを用いた場合、実施例1の手段ではRVRはVRC-VRBに対しては不感であっても、VRPによりRVRが変化してしまうため、LNAの利得誤差が生じる。これを補正するため、TGC制御回路100内にフローティング電圧回路130を設ける。フローティング電圧回路130は可変抵抗VRと同じ素子を用いた可変抵抗VR2を用い、可変抵抗VR2の上下に定電流源I1、I2を設ける。可変抵抗VR2の矢印端子は、「電圧が上昇すると抵抗値が下がる」ので、矢印端子以外の可変抵抗VR2の端子のうち電位の高いほうに接続する。電位の低いほうに接続すると抵抗値が大きくなりすぎて、定電流源I1、I2から電流を流すと可変抵抗VR2の端子間電圧が大きくなりすぎて動作困難である。定電流源I1とI2の電流値は同じとする。このとき加算回路150の出力に可変抵抗VR2の端子間電圧分のレベルシフトを付加した電圧が可変抵抗制御信号200となる。
A…増幅回路
VR,VR2…可変抵抗
R…抵抗
100…TGC制御回路
110…LNAのダミー回路
120…TGC制御信号
121…信号傾き反転回路
132…レプリカ信号
150…加算回路
200…可変抵抗制御信号
130…フローティング電圧回路
VRM,VRM2…Nチャネル電界効果トランジスタ
VREF…基準電圧
300…充放電電流生成器
CCHG…容量
SWA,SWB…スイッチ
302…容量接続制御信号
303…遅延回路
301…タイミング信号
TD1~8…振動子
SW1~8…送受切替スイッチ
L1~8…LNA
D1~8…遅延回路
ADD1~2…加算回路
CBUF1~2…バッファ回路
BUF1~2…バッファ回路
U10,U11…2Dアレイ探触子
U20,U21…ケーブル
U30,U31…コネクタボックス
U40…プローブセレクタ
U41…プローブ切替スイッチ
U120,U121…増幅器
U51…デジタルアナログ変換器
U320…送受切替スイッチ
U54…アナログデジタル変換器
U60…信号処理回路
U70…操作パネル
U80…ディスプレイ
U90…本体装置
U1100,U1101…2DアレイIC
U200,U201…整合層
U210,U211…音響レンズ
U1000,U1001…キャスター
Claims (15)
- 診断部位に超音波を送信し反射波である受信信号を受信する探触子であって、
前記探触子は、
複数の振動子と、
前記複数の振動子に対応して設けられた複数の低雑音増幅回路であって、各低雑音増幅回路が、可変抵抗制御端子に入力される可変抵抗制御信号により抵抗値が変わる可変抵抗帰還部を有する、複数の低雑音増幅回路と、
制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記各低雑音増幅回路の前記可変抵抗帰還部のバイアス電圧に相当するレプリカ電圧であって前記バイアス電圧の変動に伴って変動するレプリカ電圧を生成するレプリカ電圧生成回路と、
前記レプリカ電圧生成回路により生成された前記レプリカ電圧と、時間の経過と共に上昇または下降するTGC用制御信号と、を加算して加算信号を出力する加算回路と、
を有し、
前記複数の低雑音増幅回路が有する複数の可変抵抗制御端子に対して前記加算信号に基づく前記可変抵抗制御信号が入力され、これにより前記各低雑音増幅回路の利得が可変制御されることを特徴とする探触子。 - 請求項1に記載の探触子であって、
前記レプリカ電圧生成回路は、
前記複数の低雑音増幅回路とは別のレプリカ電圧生成用低雑音増幅回路と、
前記レプリカ電圧生成用低雑音増幅回路の入出力間に接続された帰還抵抗と、
を含む、
ことを特徴とする探触子。 - 請求項2に記載の探触子であって、
前記レプリカ電圧生成回路は、前記複数の低雑音増幅回路が実装された半導体ダイに実装されている、
ことを特徴とする探触子。 - 請求項1に記載の探触子であって、
前記制御回路は、更に、フローティング電圧回路を有し、
前記フローティング電圧回路は、制御端子に入力される電気信号により抵抗値が変わる可変抵抗を有し、
前記可変抵抗の前記制御端子に前記電気信号として直流電気信号が給電され、これにより前記可変抵抗に直流電流が流れてフローティング電圧が生成され、
前記フローティング電圧回路において、前記加算回路から出力された前記加算信号が有する電圧を基準として、前記フローティング電圧分のレベルシフトを行った電圧を有する信号として前記可変抵抗制御信号が生成される、
ことを特徴とする探触子。 - 請求項4に記載の探触子であって、
前記各低雑音増幅回路が有する前記可変抵抗帰還部は、第1のNチャネルまたはPチャネル電界効果トランジスタで構成され、
前記各低雑音増幅回路が有する前記可変抵抗帰還部の前記可変抵抗制御端子は、前記第1のNチャネルまたはPチャネル電界効果トランジスタのゲート端子であり、
前記フローティング電圧回路の前記可変抵抗は、ゲートとドレインを接続した第2のNチャネルまたはPチャネル電界効果トランジスタであり、これに直流電気信号を給電することにより、そのゲートソース間電圧として前記フローティング電圧が生成される、
ことを特徴とする探触子。 - 請求項5に記載の探触子であって、
前記各低雑音増幅回路は、反転入力端子及び非反転入力端子を有する演算増幅器であり、
前記第1のNチャネルまたはPチャネル電界効果トランジスタは、前記演算増幅器の出力から前記反転入力端子へ負帰還をかける前記可変抵抗帰還部であり、
前記演算増幅器の前記非反転入力端子には、基準電圧が供給されている、
ことを特徴とする探触子。 - 請求項1に記載の探触子であって、
前記各低雑音増幅回路は、2つの電界効果トランジスタを並置した差動増幅回路であり、
前記各低雑音増幅回路の前記可変抵抗帰還部は、前記2つの電界効果トランジスタのソース間に接続した第3の電界効果トランジスタであり、当該第3の電界効果トランジスタのゲートに前記可変抵抗制御信号が入力される、
ことを特徴とする探触子。 - 請求項1に記載の探触子であって、
前記各低雑音増幅回路は、第1のPチャネル電界効果トランジスタと第1のNチャネル電界効果トランジスタを直列接続したインバータ回路であり、
前記各低雑音増幅回路の前記可変抵抗帰還部は、第2のNチャネル電界効果トランジスタと第2のPチャネル電界効果トランジスタを並列接続したものであり、
前記第2のNチャネル電界効果トランジスタと前記第2のPチャネル電界効果トランジスタとの並列接続の一端は、前記第1のPチャネル電界効果トランジスタと前記第1のNチャネル電界効果トランジスタとの接続点に接続されており、前記並列接続の他端は、前記第1のPチャネル電界効果トランジスタのゲート及び前記第1のNチャネル電界効果トランジスタのゲートに接続されている、
ことを特徴とする探触子。 - 請求項8に記載の探触子であって、
前記TGC用制御信号は、第1のTGC用制御信号と第2のTGC用制御信号とを含み、
前記加算信号は、第1の加算信号と第2の加算信号とを含み、
前記可変抵抗制御信号は、第1の可変抵抗制御信号と第2の可変抵抗制御信号とを含み、
前記加算回路は、前記レプリカ電圧生成回路により生成された前記レプリカ電圧と、時間の経過と共に上昇または下降する前記第1のTGC用制御信号とを加算し、これにより前記第1の加算信号を出力し、
前記第1の加算信号の電圧を基準として、第3のNチャネル電界効果トランジスタのゲートソース間電圧分のレベルシフトを行った電圧を有する信号として前記第1の可変抵抗制御信号が生成され、
前記第1の可変抵抗制御信号が前記各低雑音増幅回路の前記第2のNチャネル電界効果トランジスタのゲート端子に入力され、
前記加算回路は、前記レプリカ電圧生成回路により生成された前記レプリカ電圧と、前記第1のTGC用制御信号とは時間の経過と共に傾斜が逆となる前記第2のTGC用制御信号とを加算し、これにより前記第2の加算信号を出力し、
前記第2の加算信号の電圧を基準として、第3のPチャネル電界効果トランジスタのゲートソース間電圧分のレベルシフトを行った電圧を有する信号として前記第2の可変抵抗制御信号が生成され、
前記第2の可変抵抗制御信号が前記各低雑音増幅回路の前記第2のPチャネル電界効果トランジスタのゲート端子に入力される、
ことを特徴とする探触子。 - 請求項9に記載の探触子であって、
容量を定電流で充電することにより時間の経過と共に上昇または下降する元信号を生成する定電流生成回路と、
前記元信号と基準直流信号との差を入力し前記第1及び第2のTGC用制御信号を生成するシングル差動信号変換回路と、
を有することを特徴とする探触子。 - 請求項10に記載の探触子であって、
前記シングル差動信号変換回路の利得を可変することにより、前記各低雑音増幅回路の利得を可変可能であることを特徴とする探触子。 - 請求項10に記載の探触子であって、
前記基準直流信号を可変することにより、前記各低雑音増幅回路の利得を可変可能であることを特徴とする探触子。 - 請求項1に記載の探触子であって、
容量を定電流で充電することにより前記TGC用制御信号を生成する制御信号生成回路を有することを特徴とする探触子。 - 請求項13に記載の探触子であって、
前記制御信号生成回路は、前記容量を放電する機能、および/または電源電圧に固定する機能を備えることを特徴とする探触子。 - 請求項1~14の何れか1項に記載の探触子と、
前記探触子の受信信号に基づいて診断に必要な情報を得る信号処理回路と、
を有する超音波診断装置。
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